PROTEINE LEGANTI L' OSSIGENO, Slide di Biochimica

Scarica PROTEINE LEGANTI L' OSSIGENO e più Slide in PDF di Biochimica solo su Docsity! PROTEINE LEGANTI L’ OSSIGENO: MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA • Più attivo metabolicamente è un tessuto, più O2 necessita e più CO2 produce Figura da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) L’ EME LEGA L’ O2 • L’ eme è costituito da: • protoporfirina IX, formata da 4 molecole di pirrolo legate insieme ad anello (anello tetrapirrolico) • Figura da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) Figura da: Voet, Voet e Pratt “Fondamenti di Biochimica” (2001, Zanichelli Ed.) • ione Fe2+ , che si trova al centro del gruppo eme, legato a 4 atomi di N dell’ eme stesso e ad un N di un residuo di His della Mb (His F8, detta His prossimale). Il Fe2+ può legare reversibilmente come sesto ligando una molecola di O2. Nella forma deossigenata, il posto dell’ ossigeno è invece occupato da una molecola di H2O Figura da: Voet, Voet e Pratt “Fondamenti di Biochimica” (2001, Zanichelli Ed.) • Il Fe2+ in stretto contatto con l’ O2 si ossiderebbe a Fe3+, come succede nell’ eme libero. Nella tasca idrofobica della Mb questo invece non succede: un altro residuo di His (His E7, detta His distale) lega l’ O2 e lo tiene a debita distanza dal Fe2+ dell’ eme Esercizio fisico e Mb • Muscolo a riposo: PO2 = 20 mmHg saturazione Mb = 90 % • Muscolo al lavoro: PO2 = 5 mmHg saturazione Mb = 60% • Quando il muscolo lavora (e consuma O2 per ricavare l’ energia necessaria per la contrazione), la PO2 nelle cellule muscolari diminuisce e la Mb cede il suo O2 • Vista la diminuizione nella saturazione della Mb e la grande concentrazione della Mb nel muscolo, questo vuole dire che la Mb è in grado di rilasciare grosse quantità di O2 al muscolo. Questo è specialmente importante all’ inizio dell’ esercizio EMOGLOBINA (Hb) • L’ Hb è una proteina legante l’ O2 che si trova esclusivamente nei globuli rossi (GR, o eritrociti) • La sua funzione principale è di trasportare l’ O2 dai polmoni ai tessuti • Ogni GR contiene ca 300x106 molecole di Hb • I GR hanno una vita media di 120 giorni Figura da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) L’ Hb è un tetramero E’ costituita da 4 subunità, 2 di tipo α (141 aa) e 2 di tipo β (146 aa), molto simili fra di loro e simili anche alla Mb Figura da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) L’ Hb cambia durante lo sviluppo • EMBRIONE: Hb Portland: ζ2γ2 Hb Gower1: ζ2ε2 Hb Gower2: α2ε2 • FETO: HbF: α2γ2 • ADULTO: HbA2 (2%): α2δ2 HbA (98%): α2β2 Espressione dei geni delle globine umane nei vari stadi dello sviluppo Figura da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) Hb glicosilata • In condizioni fisiologiche, l’ HbA viene glicosilata lentamente e in maniera non enzimatica nei suoi 120 giorni di vita • L’ Hb glicosilata più abbondante è l’ HbA1c, in cui molecole di glucosio si legano alle catene β • In condizioni patologiche come il DIABETE MELLITO, l’ HbA1c aumenta. I livelli di Hb glicosilata sono considerati un indice preciso della gravità del diabete e vengono spesso dosati • La forma e posizione della sua curva di saturazione dell’ O2 permette all’ Hb di trasportare in maniera efficace l’ O2 fra i polmoni (PO2 alta, ca 100 mmHg: saturazione Hb = 90%) e i tessuti (PO2 bassa, ca 20-30 mmHg: saturazione Hb = 50%), incluso il muscolo sotto sforzo (PO2 ancora più bassa, fino a 5 mmHg) • La Mb invece rimarrebbe quasi completamente satura fra 100 e 20-30 mmHg, e quindi non sarebbe un buon trasportatore di O2 Effetto del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) • Il 2,3-BPG è il responsabile della curva di saturazione a sigmoide dell’ Hb. In sua assenza, la curva di saturazione dell’ Hb diventa ad iperbole come quella della Mb e perfino spostata più a sinistra di quella della Mb • Esso è presente nel citoplasma degli eritrociti dove si forma a partire dall’ 1,3-BPG, un intermedio della glicolisi • Il 2,3-BPG si lega saldamente alla cavità centrale fra le 4 subunità della Hb deossigenata, riducendone l’ affinità per l’ O2. Quando finalmente l’ Hb lega una prima molecola di O2, lo cavità centrale si restringe e il 2,3- BPG viene espulso Figure da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) Effetto della CO2 e del pH: Effetto Bohr • La CO2 prodotta dai tessuti viene trasportata ai polmoni come - CO2 disciolta come gas nel sangue - ione bicarbonato (CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3- + H+) - carbammato, legato agli amminogruppi delle proteine ematiche, inclusa l’ Hb: Hb-NH2 + CO2 → Hb-NH-COO- + H+ • L’ Hb così modificata ha una minore affinità per l’ O2: l’ O2 viene così rilasciato in maggiore quantità e in maniera proporzionale alla produzione di CO2 del tessuto stesso • Nei tessuti metabolicamente attivi il pH è più basso. Le fonti di H+ sono: 1- CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3- + H+ 2- CO2 : formazione di carbammati (vd. precedentemente) 3- acido lattico → lattato + H + (vd. glicolisi anaerobia) • Gli ioni H+ si legano all’ Hb e hanno l’ effetto di diminuire l’ affinità dell’ Hb per l’ O2 • Quindi anche una riduzione del pH causa un maggiore rilascio di O2 nei tessuti metabolicamente attivi Figura da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) • Questo effetto della CO2 e del pH è detto EFFETTO BOHR. L’ aumento della CO2 e la riduzione del pH si manifestano graficamente con uno spostamento a destra della curva di saturazione dell’ Hb • L’ effetto Bohr ha lo scopo di regolare il rilascio di O2 nei vari tessuti in base alle diverse attività metaboliche dei tessuti stessi Terapia ed applicazione della MetHb • La TERAPIA della metemoglobinemia consiste nella -ingestione di agenti riducenti come acido ascorbico o metilene blu -iniezione i.v. di metilene blue (casi più gravi) • La MetHb, a differenza della Hb, lega il cianuro (CN-) molto avidamente. Questa caratteristica si sfrutta in caso di avvelenamento da cianuro. In questi case, si induce l’ ossidazione di una parte della Hb mediante iniezione di amilnitrito. La MetHb così prodotta può legare il CN- circolante, impedendogli di raggiungere ed inibire la catena respiratoria nelle cellule dei tessuti EMOGLOBINOPATIE: 1- L’ anemia falciforme • Malattia genetica ereditaria, autosomica recessiva dovuta ad una mutazione del gene della globina β (Glu6→Val) che comporta una diminuita solubilità della risultante HbS che precipita in strutture fibrose che deformano i globuli rossi che assumono una forma a falce Figura da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) Figure da: Mathews, Van Holde e Ahern “Biochimica” (2004, Casa Ed. Ambrosiana) Voet, Voet e Pratt “Fondamenti di Biochimica” (2001, Zanichelli Ed.) Murray et al. Harper –Biochimica (2004, McGraw Hill) EMOGLOBINOPATIE: 2- La talassemia • Malattia ereditaria in cui si ha difetto di sintesi della globina α (α-talassemia) o β (β-talassemia) • α-TALASSEMIA: il gene che codifica per la globina α è presente in 4 copie. Ci possono essere diversi livelli di gravità della malattia • difetto in 1 o 2 gene: asintomatici • difetto in 3 geni: “malattia dell’ HbH”, in cui oltre alle normali forme dell’ Hb compare l’ HbH (di costituzione β4) caratterizzata da anemia emolitica da leggera a moderatamente severa • difetto in tutti e 4 i geni: “idrope fetale” con morte del feto. La globina α è necessaria per la sintesi della HbF. Si formano l’ HbH (β4) e l’ Hb Bart (di costituzione γ4) che hanno curve di saturazione ad iperbole e quindi non funzionano bene come trasportatori di O2 ai tessuti • β-TALASSEMIA: dato che la globina β viene sintetizzata solo dopo la nascita, la questa malattia si manifesta pure solo dopo la nascita. La globina α non è capace di formare tetrameri stabili e precipita, con danno e morte prematura delle cellule precursore dei GR. • La malattia esiste in 2 forme